Tổng Hợp và Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Nano Perovskite Y0.2FeO3

Chuyên khảo phân tích Luận văn tổng hợp và nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano perovskite y0 8sr0 2feo3, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Nữ Huyền Trang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Anh Tiến
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Nano Perovskite Y0.2FeO3
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu về công nghệ nano
• 1.2. Một số khái niệm
• 1.3. Vật liệu perovskite ABO 3
• 1.4. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO 3
• 1.5. Sự pha tạp và sự khuyết thiếu oxi
• 1.6. Cấu trúc tinh thể YFeO 3
• 1.7. Ứng dụng của vật liệu oxit perovskite kích thước nanomet
• 1.8. Tổng quan tính chất của yttri, stronti, sắt
• 1.9. Oxit yttri, yttri cacbonat
• 1.10. Oxit stronti, stronti cacbonat
• 1.11. Oxit sắt và sắt hidroxit
• 1.12. Phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite
• 1.12.1. Phương pháp gốm truyền thống
• 1.12.2. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.12.3. Phương pháp sol-gel
• 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TGA/DTG
• 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu nhiễu xạ tia X
• 2.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM
• 2.2.4. Phương pháp đo phổ hồng ngoại (FTIR)
• 2.2.5. Phương pháp hấp phụ
• 2.2.6. Phương pháp đo độ từ hóa
• 2.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
• 2.3.1. Dụng cụ và thiết bị
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp vật liệu perovskite Y 0.2 FeO 3 theo phương pháp đồng kết tủa
• 3.1.1. Quy trình tổng hợp vật liệu
• 3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt
• 3.1.3. Kết quả phổ hồng ngoại FTIR
• 3.1.4. Kết quả XRD của vật liệu Y 0
• 3.1.5. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.2. Tổng hợp vật liệu perovskite Y 0.2 FeO 3 theo phương pháp citrat-gel
• 3.2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu
• 3.2.2. Kết quả phân tích nhiệt
• 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH tạo gel
• 3.2.4. Khảo sát nhiệt độ nung
• 3.2.5. Khảo sát tỷ lệ mol C/M
• 3.2.6. Kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.3. Vật liệu perovskite Y 0
• 3.3.1. Cấu trúc vật liệu perovskite Y 0
• 3.3.2. Thành phần hóa học của vật liệu perovskite Y 0
• 3.3.3. Ứng dụng vật liệu perovskite Y 0
• 3.3.4. Khả năng hấp phụ Pb2+ trên vật liệu
• 3.3.5. Từ tính của vật liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Nano Perovskite Y0

Khoa học nano và công nghệ nano đã phát triển mạnh mẽ, len lỏi vào đời sống hiện đại nhờ những tính chất ưu việt mà vật liệu truyền thống không có. Vật liệu nano perovskite với cấu trúc ABO3 (A là đất hiếm, B là kim loại chuyển tiếp) thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực từ tính và hấp phụ. Hoạt tính xúc tác của perovskite phụ thuộc vào diện tích bề mặt. Việc thay thế một phần kim loại A bằng kim loại hóa trị II (Ca, Sr) làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể, ảnh hưởng đến tính chất hóa lý của vật liệu. Các phương pháp tổng hợp như gốm truyền thống, sol-gel, đồng kết tủa được sử dụng để điều chế vật liệu nano perovskite. Phương pháp sol-gel và đồng kết tủa cho sản phẩm có độ đồng thể tốt, kích thước hạt nhỏ, diện tích bề mặt lớn, ứng dụng trong từ tính, hấp phụ, xúc tác. Vì vậy, đề tài "Tổng hợp và nghiên cứu ứng dụng của vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3" được lựa chọn.

1.1. Công Nghệ Nano Định Nghĩa và Phạm Vi Ứng Dụng

Công nghệ nano nghiên cứu và sử dụng các hệ có cấu tử kích thước nanomet (10-9 m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh trong việc chuyển hóa vật chất, năng lượng và thông tin. Vật liệu nano biểu hiện các tính chất điện, hóa, cơ, quang, từ khác biệt so với vật liệu khối thông thường. Ví dụ, hạt muội than trong lốp xe là một ứng dụng lâu đời của vật liệu nano. Hóa học nano nghiên cứu các phương pháp tổng hợp và xác định tính chất của vật liệu nano. Các phương pháp tổng hợp hóa học truyền thống như ngưng tụ pha hơi, phản ứng pha khí, kết tủa trong dung dịch, nhiệt phân, thủy phân, điện kết tủa, oxi hóa, phản ứng vận chuyển, sol-gel đều có thể được sử dụng. Quan trọng nhất là kiểm soát kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo thành.

1.2. Vật Liệu Nano Perovskite Cấu Trúc và Tính Chất Đặc Trưng

Vật liệu perovskite có công thức chung ABO3, với A là nguyên tố đất hiếm (Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd…) và B là nguyên tố chuyển tiếp (Mn, Fe, Co, Ni, Pt). Cấu trúc perovskite lý tưởng có dạng lập phương. Cation A nằm tại các đỉnh, anion O2- nằm tại vị trí tâm của các mặt của hình lập phương, còn tâm hình lập phương là vị trí của cation B. Cation B nằm tại vị trí các hốc bát diện. Thành phần của vật liệu perovskite có thể thay đổi bằng cách thay thế một phần các cation ở vị trí A và B tạo thành hợp chất (A x A′ 1-x )(B y B′ y-1 )O 3. Sự thay đổi thành phần này ảnh hưởng đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu.

II. Thách Thức Trong Tổng Hợp Vật Liệu Nano Perovskite Y0

Mặc dù có nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu nano perovskite, việc kiểm soát kích thước hạt, độ đồng đều và pha tinh khiết vẫn là một thách thức. Phương pháp gốm truyền thống thường cho hạt có kích thước lớn và diện tích bề mặt thấp. Các phương pháp hóa học như sol-gel và đồng kết tủa đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng (pH, nhiệt độ, nồng độ) để thu được sản phẩm mong muốn. Sự hình thành các pha tạp và khuyết tật cấu trúc cũng ảnh hưởng đến tính chất vật liệu. Do đó, cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và nâng cao chất lượng vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3.

2.1. Kiểm Soát Kích Thước Hạt Nano Perovskite Yếu Tố Quan Trọng

Kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu nano. Hạt kích thước nhỏ có diện tích bề mặt lớn, tăng cường khả năng hấp phụ và xúc tác. Tuy nhiên, hạt quá nhỏ có thể dễ bị kết tụ, làm giảm diện tích bề mặt hiệu dụng. Việc kiểm soát kích thước hạt đòi hỏi điều chỉnh các thông số phản ứng như nồng độ tiền chất, nhiệt độ, thời gian phản ứng và sử dụng các chất ổn định bề mặt. Các phương pháp phân tích như phân tích SEM và phân tích TEM được sử dụng để xác định kích thước và hình thái hạt.

2.2. Độ Đồng Đều và Pha Tinh Khiết Ảnh Hưởng Đến Ứng Dụng

Độ đồng đều và pha tinh khiết là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất và ứng dụng của vật liệu nano perovskite. Sự tồn tại của các pha tạp có thể làm giảm hiệu suất xúc tác, khả năng hấp phụ và tính chất từ. Để đảm bảo độ đồng đều và pha tinh khiết, cần sử dụng các tiền chất có độ tinh khiết cao, kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ các nguyên tố và tối ưu hóa quy trình nhiệt luyện. Phân tích XRD được sử dụng để xác định thành phần pha và độ tinh khiết của vật liệu.

III. Phương Pháp Đồng Kết Tủa Tổng Hợp Y0

Phương pháp đồng kết tủa là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3. Phương pháp này dựa trên việc kết tủa đồng thời các cation kim loại từ dung dịch, sau đó nhiệt phân để tạo thành vật liệu perovskite. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện và cho sản phẩm có độ đồng đều cao. Tuy nhiên, cần kiểm soát chặt chẽ pH, nhiệt độ và nồng độ để tránh sự hình thành các pha tạp. Theo tài liệu gốc, quy trình tổng hợp vật liệu bao gồm việc hòa tan các muối kim loại trong nước, sau đó thêm chất kết tủa (ví dụ: NaOH) để tạo kết tủa. Kết tủa được rửa sạch, sấy khô và nung ở nhiệt độ cao để tạo thành vật liệu perovskite Y0.2FeO3.

3.1. Quy Trình Tổng Hợp Vật Liệu Y0.2FeO3 Bằng Đồng Kết Tủa

Quy trình tổng hợp vật liệu Y0.2FeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa bao gồm các bước sau: (1) Hòa tan muối Yttrium và sắt trong nước. (2) Điều chỉnh pH của dung dịch bằng dung dịch kiềm (ví dụ: NaOH) để tạo kết tủa hydroxit. (3) Rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất để loại bỏ các ion dư thừa. (4) Sấy khô kết tủa ở nhiệt độ thấp. (5) Nung kết tủa ở nhiệt độ cao (ví dụ: 750°C) để tạo thành vật liệu perovskite Y0.2FeO3. Nhiệt độ nung và thời gian nung ảnh hưởng đến kích thước hạt và độ tinh khiết của sản phẩm.

3.2. Phân Tích Đặc Tính Vật Liệu Y0.2FeO3 Tổng Hợp

Các phương pháp phân tích như phân tích XRD, phân tích SEM, phân tích FTIR được sử dụng để xác định đặc tính của vật liệu Y0.2FeO3 tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa. Phân tích XRD cho biết cấu trúc tinh thể và thành phần pha của vật liệu. Phân tích SEM cho biết hình thái và kích thước hạt. Phân tích FTIR cho biết các nhóm chức có mặt trong vật liệu. Kết quả phân tích giúp đánh giá chất lượng của sản phẩm và tối ưu hóa quy trình tổng hợp.

IV. Phương Pháp Sol Gel Điều Chế Vật Liệu Nano Perovskite Y0

Phương pháp sol-gel là một phương pháp khác để điều chế vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3. Phương pháp này dựa trên việc tạo sol (dung dịch keo) từ các tiền chất kim loại, sau đó chuyển sol thành gel (vật liệu bán rắn) và nhiệt phân gel để tạo thành vật liệu perovskite. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép kiểm soát kích thước hạt và độ đồng đều tốt hơn so với phương pháp đồng kết tủa. Theo tài liệu gốc, quy trình tổng hợp vật liệu bao gồm việc hòa tan các tiền chất kim loại trong dung môi, thêm chất tạo phức (ví dụ: axit citric) để ổn định sol, sau đó điều chỉnh pH để tạo gel. Gel được sấy khô và nung ở nhiệt độ cao để tạo thành vật liệu perovskite Y0.2FeO3.

4.1. Quy Trình Sol Gel Điều Chế Vật Liệu Y0.2FeO3 Chi Tiết

Quy trình sol-gel điều chế vật liệu Y0.2FeO3 bao gồm các bước sau: (1) Hòa tan muối Yttrium và sắt trong dung môi (ví dụ: ethanol). (2) Thêm axit citric làm chất tạo phức để ngăn chặn sự kết tủa sớm của các ion kim loại. (3) Điều chỉnh pH của dung dịch bằng amoniac để tạo gel. (4) Sấy khô gel ở nhiệt độ thấp để loại bỏ dung môi. (5) Nung gel ở nhiệt độ cao (ví dụ: 950°C) để tạo thành vật liệu perovskite Y0.2FeO3. Tỷ lệ axit citric/kim loại, pH và nhiệt độ nung ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm.

4.2. Ảnh Hưởng Của pH và Nhiệt Độ Đến Cấu Trúc Y0.2FeO3

pH và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu Y0.2FeO3 điều chế bằng phương pháp sol-gel. pH ảnh hưởng đến quá trình tạo gel và kích thước hạt. Nhiệt độ nung ảnh hưởng đến độ kết tinh và thành phần pha của vật liệu. Theo tài liệu gốc, pH tối ưu cho quá trình tạo gel là khoảng 9-10. Nhiệt độ nung tối ưu là khoảng 950°C. Phân tích XRD được sử dụng để xác định ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến cấu trúc tinh thể của vật liệu.

V. Ứng Dụng Vật Liệu Nano Perovskite Y0

Vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm hấp phụ, xúc tác và từ tính. Theo tài liệu gốc, vật liệu Y0.2FeO3 có khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng (ví dụ: Pb2+) từ dung dịch. Ngoài ra, vật liệu này cũng có tính chất từ đáng chú ý, có thể được sử dụng trong các ứng dụng như tách tế bào và dẫn thuốc. Các nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng của vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3 đang được tiến hành.

5.1. Khả Năng Hấp Phụ Pb2 Của Vật Liệu Y0.2FeO3 Nano

Vật liệu Y0.2FeO3 có khả năng hấp phụ các ion Pb2+ từ dung dịch. Khả năng hấp phụ này phụ thuộc vào diện tích bề mặt, kích thước hạt và cấu trúc tinh thể của vật liệu. Theo tài liệu gốc, vật liệu Y0.2FeO3 có thể loại bỏ một lượng đáng kể ion Pb2+ từ dung dịch trong một khoảng thời gian nhất định. Cơ chế hấp phụ có thể liên quan đến sự tương tác tĩnh điện giữa các ion Pb2+ và bề mặt của vật liệu perovskite.

5.2. Tính Chất Từ Của Vật Liệu Y0.2FeO3 Ứng Dụng Tiềm Năng

Vật liệu Y0.2FeO3 có tính chất từ do sự có mặt của các ion sắt (Fe) trong cấu trúc perovskite. Tính chất từ này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần và cấu trúc của vật liệu. Theo tài liệu gốc, vật liệu Y0.2FeO3 có thể được sử dụng trong các ứng dụng như tách tế bào và dẫn thuốc. Trong ứng dụng tách tế bào, các tế bào được gắn với các hạt nano từ tính và sau đó được tách ra khỏi dung dịch bằng từ trường. Trong ứng dụng dẫn thuốc, các thuốc được gắn với các hạt nano từ tính và được đưa đến vị trí mong muốn trong cơ thể bằng từ trường.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Vật Liệu Nano Y0

Nghiên cứu về vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3 đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây. Các phương pháp tổng hợp như đồng kết tủa và sol-gel đã được sử dụng để điều chế vật liệu với kích thước hạt nhỏ và độ đồng đều cao. Vật liệu Y0.2FeO3 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm hấp phụ, xúc tác và từ tính. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để tối ưu hóa tính chất và mở rộng ứng dụng của vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới, cải thiện độ ổn định và hiệu suất của vật liệu, và khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực như năng lượng, môi trường và y học.

6.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Tổng Hợp Vật Liệu Y0.2FeO3

Việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp là rất quan trọng để cải thiện tính chất và giảm chi phí sản xuất của vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới, sử dụng các tiền chất rẻ tiền và thân thiện với môi trường, và giảm thời gian và năng lượng tiêu thụ trong quá trình tổng hợp. Các phương pháp mô phỏng và tính toán cũng có thể được sử dụng để dự đoán và tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp.

6.2. Mở Rộng Ứng Dụng Vật Liệu Nano Perovskite Y0.2FeO3

Vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực như năng lượng (ví dụ: pin mặt trời, pin nhiên liệu), môi trường (ví dụ: xử lý nước thải, xúc tác quang hóa) và y học (ví dụ: dẫn thuốc, chẩn đoán hình ảnh). Việc hợp tác giữa các nhà khoa học vật liệu, kỹ sư và các chuyên gia trong các lĩnh vực khác nhau là rất quan trọng để thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của vật liệu nano perovskite Y0.2FeO3.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về công nghệ nano 1. Một số khái niệm [2, 3, 11] Công nghệ nano Nanomet là điểm kỳ diệu trong kích thước chiều dài, là điểm mà tại đó những vật sáng chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cấp độ nguyên tử và phân tử của thế giới tự nhiên.

Hội chứng “công nghệ nano” đang tràn qua tất cả các lĩnh vực của khoa học và công nghệ, và sẽ thay đổi bản chất của hầu hết mọi đối tượng do con người tạo ra trong những thế kỷ tiếp theo. Trong công nghệ nano, thế giới nghiên cứu và sử dụng các hệ bao gồm các cấu tử có kích thước nanomet (10-9 m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh trong việc chuyển hoá vật chất, năng lượng và thông tin. Như vậy, theo định nghĩa thì công nghệ nano không phải là công nghệ bao hàm nghiên cứu cơ bản về cấu tử có độ lớn nằm giữa 1 nm và 100 nm. Để hiểu rõ hơn định nghĩa, ta có thể nêu ra một số ví dụ của thế giới nano.

Chẳng hạn những hạt muội than từ một thế kỷ nay là phụ gia không thể thiếu cho vật liệu cao su làm lốp xe vì nó tạo độ bền cần thiết cho vật liệu. Vậy từ lâu vật liệu nano đã đi vào cuộc sống thường nhật của chúng ta. Một số chất dùng trong tiêm chủng cũng thuộc “nano” bởi vì chúng chứa một hoặc một vài chủng protein, nghĩa là các phần tử vĩ mô kích thước nanomet. Nhưng ta không thể xếp chúng vào công nghệ nano được.

Vật liệu nano (nano materials) Công nghệ nano không thể xuất hiện nếu như không có vật liệu nano. Khó có thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vật liệu nano, song người ta nhận thấy rằng vài thập niên cuối của thế kỷ XX là thời điểm mà các nhà vật lý, hoá học và vật liệu quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất và những sự chuyển hoá của các phần tử có kích thước nano. Đó là do các phần tử nano biểu hiện những tích chất điện, hoá, cơ, quang, từ. rất khác biệt so với vật liệu khối thông thường.

SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 8 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Khái niệm vật liệu nano tương đối rộng, chúng có thể là tập hợp các nguyên tử kim loại hay phi kim, oxit, sunfua, cacbua, nitrua. có kích thước trong khoảng 1-100 nm; chúng cũng có thể là các vật liệu xốp với đường kính mao quản dưới 100 nm (zeolit, photphat và cacboxilat kim loại). Như vậy, vật liệu nano có thể thuộc kiểu siêu phân tán hay hệ rắn với độ xốp cao.

Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau: - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử). Ví dụ: đám nano, hạt nano. - Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù). Ví dụ: dây nano, ống nano… - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do.

Ví dụ: màng mỏng [1]. Ngoài ra để phân biệt được các dạng vật liệu nano người ta còn dựa vào sự khác nhau về kích thước của chúng như: - Vật liệu nano kim loại. - Vật liệu nano bán dẫn. - Vật liệu nano từ tính.

- Vật liệu nano sinh học. Phân loại vật liệu nano Hình 1. Phân loại vật liệu nano theo hình dạng theo số chiều SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Hoá học nano Hoá học nano là khoa học nghiên cứu các phương pháp tổng hợp và xác định tính chất của vật liệu nano.

Để tổng hợp các vật liệu nano người ta có thể dùng tất cả các phương pháp tổng hợp hoá học truyền thống như ngưng tụ pha hơi, phản ứng pha khí, kết tủa trong dung dịch, nhiệt phân, thuỷ phân, điện kết tủa, oxi hoá, phản ứng vận chuyển, sol-gel. Tuy nhiên, điều quan trọng nhất để tổng hợp vật liệu nano là kiểm soát kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo thành, do đó các phản ứng thường được thực hiện trên khuôn (đóng vai trò như những bình phản ứng nano) vừa tạo ra không gian thích hợp, vừa có thể định hướng cho sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các các phân tử với nhau. Ngày nay, người ta đã dùng các khuôn là các ion kim loại, các mixen được tạo thành bởi các chất hoạt động bề mặt, các màng photpholipit. Ứng dụng của công nghệ nano Công nghệ nano hứa hẹn sẽ “thay đổi cuộc sống của con người” bởi có những tính chất nổi trội và mới lạ.

Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, kinh tế và xã hội. Công nghệ nano với lĩnh vực điện tử, quang điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano có ảnh hưởng nhiều như điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông. Điều này được phản ánh rõ nhất ở số lượng các transistor kiến tạo nên vi mạch máy tính, số lượng các transistor trên một con chip tăng lên làm tăng tốc độ xử lý của nó, giảm kích thước linh kiện, dẫn tới giảm giá thành, nâng cao hiệu quả kinh tế lên nhiều lần. Ứng dụng đầu tiên của công nghệ nano là tạo các lớp bán dẫn siêu mỏng mới.

Ngoài ra công nghệ nano mở ra cho công nghệ thông tin một triển vọng mới - chế tạo linh kiện mới, rẻ hơn và có tính năng cao hơn hẳn so với transistor, đó là các chấm lượng tử được chế tạo ở mức độ tinh vi, mỗi chiều chỉ có 1 nm thì một linh kiện cỡ 1 cm3 sẽ lưu trữ được 1000 tỷ tỷ bit, tức là toàn bộ thông tin của tất cả các thư viện trên thế giới này có thể lưu giữ trong đó. Quang điện tử cũng là một lĩnh vực chủ chốt của cuộc cách mạng công nghệ thông tin. Lĩnh vực này đang có xu thế giảm tối đa kích thước, ví dụ như một số SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến linh kiện của thiết bị phát tia laze năng lượng lượng tử, các màn hình tinh thể lỏng đòi hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ vài nanomet.

Công nghệ nano với lĩnh vực sinh học và y học Ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực sinh học để tạo ra các thiết bị cực nhỏ có thể đưa vào cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo ra hàng trăm các dược liệu mới từ các vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp, tạo ra các protein cảm ứng có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống, tạo ra các động cơ sinh học mà phần di động chỉ có kích thước cỡ phân tử protein, tạo ra các chip sinh học và tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học với tốc độ truyền đạt thông tin như bộ não. Công nghệ nano sinh học còn có thể được ứng dụng trong y học để tạo ra một phương pháp tổng hợp, thử nghiệm để bào chế dược phẩm, nâng cao các kĩ thuật chuẩn đoán, liệu pháp và chiếu chụp ở cấp độ tế bào với độ phân giải cao hơn độ phân giải của chụp hình cộng hưởng từ. Một số công cụ đã được phát triển trong những năm gần đây như: kính hiển vi đầu dò quét (SPM), kính hiển vi nguyên tử lực (AFM) cho phép quan sát trực tiếp hoạt động của từng phân tử bên trong các hệ sinh vật và sự chuyển động của phân tử ở thời gian thực bên trong một động cơ cấp phân tử. Hy vọng rằng việc ứng dụng các thành tựu của công nghệ nano vào lĩnh vực sinh học và y học sẽ tạo ra được những biện pháp hữu hiệu để nâng cao sức khoẻ, tăng tuổi thọ con người.

Công nghệ nano với vấn đề môi trường Hoá học xanh và môi trường được quan tâm đặc biệt trong thời gian gần đây. Các kim loại dạng bột mịn như Fe, Zn thể hiện hoạt tính cao với các hợp chất hữu cơ chứa clo trong môi trường nước. Điều này dẫn tới việc sử dụng thành công loại màng chứa cát và bột kim loại xốp để làm sạch nước ngầm. Các oxit kim loại nano với sự phân hủy của chất hấp phụ, do đó các vật liệu mới này được gọi là các “chất hấp thụ hay phân hủy”.

Chúng được sử dụng trong việc xử lí khí, phá hủy các chất độc hại. Công nghệ nano với vấn đề năng lượng Nhu cầu về năng lượng là một thách thức nghiêm trọng đối với sự tồn tại và phát triển của thế giới. Trước một thực tế là các nguồn năng lượng truyền thống SVTH: Nguyễn Nữ Huyền Trang Trang 11 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến đang ngày một cạn kiệt thì việc tìm ra các nguồn năng lượng khác thay thế là một nhiệm vụ cấp bách đặt ra.

Năng lượng mặt trời có thể chuyển hoá trực tiếp thành điện năng nhờ pin quang điện. Nguồn nhiên liệu sạch là hidro có thể được tạo ra nhờ phản ứng quang hoá phân hủy nước. Các quá trình trên đạt hiệu quả cao khi sử dụng các vật liệu nano. Việc lưu trữ hidro được thực hiện khi sử dụng các vật liệu ống nano.

Công nghệ nano với lĩnh vực vật liệu Vật liệu nano composit gồm các vật liệu khác nhau về cấu trúc và thành phần, sử dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí, giảm khối lượng, tăng khả năng chịu nhiệt và hoá chất, thay đổi tương tác với ánh sáng và các bức xạ khác. Các vật liệu gốm composit được sử dụng làm lớp mạ trong điều kiện cơ, nhiệt khắc nghiệt. Các lớp mạ tạo bởi các hạt nano có các tính chất khác thường như thay đổi màu khi có dòng điện đi qua. Các loại sơn tường chứa các hạt nano làm tăng khả năng chống bám bụi.

Trên thị trường đã xuất hiện loại thuỷ tinh tự làm sạch do được mạ một lớp các hạt nano chống bám bụi. Vật liệu perovskite ABO3 1. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO3 [3] Các loại oxit perovskite có công thức chung ABO 3 với A là nguyên tố đất hiếm thuộc họ lantanoit (A = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd…) và B là các nguyên tố chuyển tiếp thuộc họ d (B = Mn, Fe, Co, Ni, Pt).